Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى ون2س ميكروسينسورس

Published: December 6, 2018 doi: 10.3791/58553
Automatic Translation
1, 2, 1,3
1Campus UAB, CREAF, 2Center for Advanced Studies of Blanes, (CEAB, CSIC), 3CSIC

Summary

هذا الأسلوب تقديرات معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب في النوى الرواسب باستخدام الأسيتيلين تثبيط القياسات التقنية وميكروسينسور ن المتراكمة2o. البروتوكول يصف إجراءات جمع النوى، معايرة أجهزة الاستشعار، وأداء تثبيط الأسيتيلين، قياس تراكم2س ن، وحساب معدل إزالة النتروجينيات.

Abstract

إزالة النتروجينيات هو العملية الكيميائية الأرضية الأحيائية الأساسية إزالة النيتروجين التفاعلي من المحيط الحيوي. وقد أصبح التقييم الكمي لهذه العملية أهمية خاصة لتقييم دورة النتروجين العالمية الصنعية غيرت وانبعاث غازات الدفيئة (أي، ن2س). تتوفر عدة طرق لقياس إزالة النتروجينيات، ولكن أيا منها مرضية تماما. تشمل المشاكل مع الأساليب القائمة على حساسية غير كافية، والانزعاج الحاجة إلى تعديل مستويات الركيزة أو تغيير التكوين البدني من العملية باستخدام العينات. ويصف هذا العمل طريقة لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب التي تجمع بين الحفر وتثبيط الأسيتيلين والقياسات ميكروسينسور ن المتراكمة2o. المزايا الرئيسية لهذا الأسلوب هي اضطراب منخفضة لهيكل الرواسب وجمع سجل مستمر من تراكم2س ن؛ وهي تمكن تقديرات معدلات إزالة النتروجينيات موثوق بها مع قيم الحد الأدنى يصل إلى 0.4-1 µmol ن2س م-2 ح-1. القدرة على التعامل مع العوامل الرئيسية ميزة إضافية للحصول على الأفكار التجريبية. البروتوكول يصف إجراءات جمع النوى، معايرة أجهزة الاستشعار، وأداء تثبيط الأسيتيلين، قياس تراكم2س ن، وحساب معدل إزالة النتروجينيات. الأسلوب المناسب لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات في أي نظام المائية مع الرسوبيات استرجاعها. إذا كان تركيز2س ن فوق الحد الأقصى للكشف من أجهزة الاستشعار، يمكن حذف الخطوة تثبيط الأسيتيلين لتقدير الانبعاثات2س ن بدلاً من إزالة النتروجينيات. نعرض كيفية تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الفعلية والمحتملة على حد سواء بزيادة توافر نترات، فضلا عن الاعتماد على درجة الحرارة للعملية. علينا توضيح الإجراء باستخدام رواسب بحيرة جبلية ومناقشة مزايا ونقاط الضعف في هذا الأسلوب مقارنة بالأساليب الأخرى. يمكن تعديل هذا الأسلوب لأغراض خاصة؛ على سبيل المثال، فإنه يمكن أن تقترن 15N تتبع لتقييم الحقل وإزالة النتروجينيات أو بالأزوت في الموقع قياسات معدلات إزالة النتروجينيات.

Introduction

تغيير الصنعية لدورة النيتروجين واحدة من المشاكل الأكثر تحديا ل نظام الأرض1. وتضاعف النشاط البشري على الأقل مستويات النيتروجين التفاعلي متاح ل المحيط الحيوي2. ومع ذلك، لا تزال هناك شكوك كبيرة فيما يتعلق بكيفية تقييم دورة ن العالمية. بعض التمويه التقديرات التي تم كمياً مع أقل من الخطأ % ±20، والعديد من أوجه عدم التيقن من ±50% و أكبر3. هذه الشكوك تشير إلى الحاجة إلى تقديرات دقيقة لمعدلات إزالة النتروجينيات عبر النظم الإيكولوجية وفهم الآليات الكامنة للتباين. إزالة النتروجينيات هو نشاط الميكروبات من خلالها يتم تخفيض أكاسيد نيتروجينية، أساسا النترات والنيتريت، رابع الغازات وس ن2ن24. المسار ارتباطاً وثيقا بتوفر المجال الحيوي للنيتروجين التفاعلي لأنها عملية أساسية لإزالة5. ن2س هو غاز من غازات الدفيئة مع إمكانات الاحترار تقريبا 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون2 أكثر من 100 سنة، وأنها السبب الرئيسي الحالي لاستنفاد طبقة الأوزون الستراتوسفيري نظراً للكميات الكبيرة المنبعثة6،7ويجري.

في ما يلي، نقدم بروتوكولا لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب استخدام النوى وميكروسينسورس2س ن تجريبيا (الشكل 1). وتقدر معدلات إزالة النتروجينيات استخدام الأسيتيلين تثبيط الأسلوب8،9 وقياسات لتراكم ن2س خلال فترة زمنية محددة (الشكل 2 و الشكل 3). نظهر الأسلوب قبل تطبيقه على ترسبات البحيرة الجبلية. وتبرز هذه الدراسة حالة أداء الأسلوب للكشف عن معدلات منخفضة نسبيا مع اضطرابات الحد الأدنى للهيكل المادي للترسبات.

إزالة النتروجينيات من الصعوبة بمكان قياس10. وهناك عدة نهج بديلة وطرق، كل منها مزايا وعيوب. وتشمل العوائق للأساليب المتاحة استخدامهم للموارد مكلفة وحساسية غير كافية، والحاجة إلى تعديل مستويات الركيزة أو تغيير التكوين المادي للعملية باستخدام عينات الانزعاج10. يشكل تحديا أساسيا أكثر لقياس N2 هو مستويات الخلفية مرتفعة في البيئة10. تحول دون الحد من ن2س ن2 من الأسيتيلين (ج2ح2)8،9. وهكذا، يمكن قياسها كمياً إزالة النتروجينيات بقياس المتراكمة ن2س حضور ج2ح2، وعملياً بسبب انخفاض مستويات2س ن البيئية.

تم تطوير استخدام ج2ح2 لقياس معدلات إزالة النتروجينيات في الرواسب قبل حوالي 40 عاماً11، وإدماج أجهزة الاستشعار2س ن وقع حوالي 10 سنوات بعد12. النهج المستندة إلى الأسيتيلين المطبقة على نطاق واسع هو "الأساسية ثابتة". المتراكمة ن2س يقاس خلال فترة حضانة لمدة تصل إلى 24 ساعة بعد إضافة2ح ج2 إلى headspace الرواسب مختومة الأساسية10. الأسلوب الموصوفة هنا يتبع هذا الإجراء مع بعض الابتكارات. نقوم بإضافة2ح ج2 بفقاعات الغاز في مرحلة المياه الأساسية لبعض دقائق، ونحن ملء جميع headspace بعينه الماء قبل قياس تراكم ن2س مع ميكروسينسور. نحن تشمل أيضا نظام التحريك يمنع التقسيم الطبقي للماء دون ريسوسبيندينج الرواسب. الإجراء الذي يقد معدل إزالة النتروجينيات في مجال الرواسب السطحية (مثل، µmol ن2س م-2 ح-1).

عالية التباين المكاني والزماني لإزالة النتروجينيات يمثل صعوبة أخرى في القياس الكمي الدقيق10. عادة، وتراكم2س ن يقاس تسلسلياً بالفصل اللوني للغاز headspace العينات التي يتم جمعها من خلال الاحتضان. توفر الطريقة الموضحة تحسين رصد التغير الزمني لتراكم2س ن، نظراً لأنه يوفر ميكروسينسور إشارة مستمرة. مقياس متعدد ميكروسينسور هو ميكروسينسور رقمية مضخم (بيكواميتير) التي واجهات مع sensor(s) والكمبيوتر (الشكل 1). مقياس متعدد يسمح ميكروسينسورس2س ن عدة لاستخدامها في نفس الوقت. على سبيل المثال، ما يصل إلى أربعة من الرواسب النوى من نفس الموقع دراسة يمكن أن يقاس في نفس الوقت لحساب التغير المكاني.

النهج الأساسي الذي يخل بالكاد هيكل الرواسب مقارنة ببعض الأساليب الأخرى (مثلاً، عجائن). إذا كان يتم تبديل سلامة المواد الرسوبية، وهذا يؤدي إلى معدلات إزالة النتروجينيات غير الواقعي13 التي تكفي فقط للمقارنات النسبية. يتم الحصول على معدلات أعلى دائماً مع أساليب الملاط مقارنة ب الأساليب الأساسية14، لأن هذا الأخير يحافظ على الحد من إزالة النتروجينيات الركازة نشر15. لا تعتبر التدابير ملاط ممثل في الموقع معدلات16؛ أنها توفر المقاييس النسبية لمقارنات بالضبط نفس الإجراء.

الطريقة الموصوفة مناسبة لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات في أي نوع من أنواع الرواسب التي يمكن أن يكون محفور. نحن ننصح لا سيما طريقة أداء المعالجات التجريبية لبعض العوامل الدافعة. ومن أمثلة التجارب التي تعدل توافر النترات ودرجة الحرارة حسب الحاجة لتقدير الطاقة التنشيط (ه) إزالة النتروجينيات17 (الشكل 2).

Figure 1
الشكل 1 : برنامج الإعداد التجريبية. () العامة الإعداد التجريبي لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى وميكروسينسورس2س ن. غرفة الحضانة يضمن الشروط (±0.3 درجة مئوية) الظلمة والتحكم في درجة الحرارة. يمكن معالجة خمسة الرواسب سليمة النوى في وقت واحد باستخدام أجهزة الاستشعار2س ن الخاصة بهم. (ب) ن2س استشعار المعايرة الدائرة. يمكننا تكييفه مع سدادات مطاطية والمحاقن لخلط ن2س المياه (انظر البروتوكول خطوة 3.4.3). وهناك مقياس حرارة للتحكم في درجة حرارة الماء. (ج) إدراج عن قرب عينة أساسية الرواسب مع أجهزة الاستشعار في حفرة وسط غطاء البلاستيكية والمفاصل مختومة بشريط لاصق. هو معلق محرض في الماء، والمغناطيس الكهربائي بالقرب من ذلك وثابتة على الجزء الخارجي من الأنبوبة اﻷكريليك. (د) عن قرب ميكروسينسور2س ن نصيحة المحمية بواسطة قطعة معدنية. (ﻫ) مجموعة أساسية من رواسب التي قد تعافت. قد أخذت عيناتها من قارب في بحيرة عميقة؛ أنبوب اﻷكريليك مع الأساسية لا تزال ثابتة قاطعة خطورة تكييف رسول19. انظر الجدول للمواد اللازمة لجميع العناصر اللازمة للقيام بهذا الأسلوب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-إعداد

ملاحظة: يبدأ هذا اليوم قبل أن يتم أخذ القياسات.

  1. تجميع الإعداد القياس (الشكل 1، انظر الجدول للمواد).
    ملاحظة: لضمان إمدادات طاقة المستمر وعالية الجودة، قياس الجهاز موصولاً إلى قبضة عبر وحدة تزويد طاقة غير المنقطع (UPS) يمكن أن تعمل أيضا كنسخة احتياطية. في حالة انقطاع التيار الكهربائي مدة طويلة، بطارية سيارة بمثابة مصدر طاقة إضافي.
  2. بدء تشغيل برامج أجهزة الاستشعار وتطبيق-0.8 V الجهد استقطاب ميكروسينسورس س2ن. يظهر الإشارة الانحدار سريع وارتفاع لاحقة، ثم أخيرا أنه يقلل حتى أنها منخفضة ومستقرة.
    ملاحظة: قد توصي الشركة المصنعة ميكروسينسور الاستقطاب على الأقل بين عشية وضحاها (أو أكثر) لضمان استقرار إشارة لأجهزة الاستشعار. توصية أخرى هو الحفاظ على استشعار مستقطبا إذا كان يزمع قياسات متعددة أو أيام متتالية18.
  3. قم بالتبديل في غرفة الحضانة و ضبط الظروف التجريبية (مثلاً، الضوء المحدد قبالة ودرجة الحرارة تعيين أن تكون مماثلة لتلك المتوقعة في الميدان). ضع حاوية مع المياه داخل الدائرة بحيث تكون المياه متوفرة في وقت لاحق في قياس درجة الحرارة لمعايرة أجهزة الاستشعار.
    ملاحظة: هذه الخطوة يمكن أن يتم في نفس اليوم من القياسات المخططة، قبل مغادرته جمع النوى. للقياسات القياسية، فإنه من المستحسن استخدام الظروف المظلمة.
  4. حزمة الأساسية الميدانية في جمع المواد: الجهاز قاطعة، وأخذ عينات من أنابيب وسدادات مطاطية والصنابير كلوريد البولفينيل (PVC)، مفك البراغي، وحدة (GPS) نظام تحديد المواقع العالمي، والحرارة، ومسبار يده، الخواض وقارب مطاطي (انظر الجدول من المواد). استخدام قائمة مرجعية لضمان إدراج جميع المواد.

2-الرواسب المجموعة الأساسية

  1. اعتماداً على عمق المياه، اتبع 2.1.1 أو 2.1.2.
    1. لهيئات المياه العميقة
      1. استخدام قاطعة خطورة تكييف رسول19 من قارب أو منصة (الشكل 1ﻫ).
      2. إصلاح أنبوب أخذ العينات (اﻷكريليك، ø 6.35 سم، طول ≥ 50 سم) إلى قاطعة مع مفك براغي.
      3. حدد نقطة أخذ العينات وفقا لأهداف التحقيق. يحيط علما بموقف (مثلاً، باستخدام إحداثيات GPS) وقياس العمق (مثلاً، باستخدام مسبار يده). إذا أخذ العينات من قارب، استخدم ارتساء (مثلاً، حقيبة بالحجارة) لتجنب الانجراف خلال المجموعة الأساسية.
      4. نشر النظام المستخدمة حتى أنبوب أخذ العينات م ~ 1 من الرواسب. استخدام حبل مع علامات العادية (مثلاً، فترات من 1 متر) للتحكم في عمق موقف معدات أخذ العينات.
      5. تثبيت معدات أخذ العينات 60 s (مثلاً، لتقليل حركة القارب). وسيضمن اختراق الرواسب الصحيح والانتعاش لب الرواسب الانزعاج بصعوبة.
      6. إطلاق سراح م ~ 1 الحبل أكثر حتى أن تخترق أنبوب أخذ عينات الرواسب. كن على علم أن إذا كان أنبوب أخذ العينات تخترق أكثر مما ينبغي، فإنه يمكن أن يعكر الواجهة المائية/الرواسب.
      7. الإفراج عن الرسول بينما كان يحاول إبقاء التوتر في الحبل قاطعة تبقى ثابتة، وفي وضع عمودي. عندما آثار الرسول قاطعة، يمكن أن يرى فرقا صغيرة في توتر الحبل. في ذلك الوقت، أغلق قاطعة لتوليد الفراغ الذي يسمح لانتعاش صلب الرواسب.
      8. استرداد قاطعة عن طريق سحب الحبل باستمرار ولطف.
      9. بمجرد الأساسية القريبة من السطح ولكن أغرقت ما زالت تماما (بما في ذلك الجزء المطاط من قاطعة تكفل الفراغ)، ضع سداده مطاطية في الجزء السفلي من أنبوب أخذ العينات. التفتيش على الواجهة المائية/الرواسب؛ فإنه ينبغي أن يكون واضحا وغير واضح بالانزعاج (الشكل 1ﻫ). إذا كان هذا ليس هو الحال، تجاهل الأساسية وتنظيف الأنبوب، وكرر الخطوات 2.1.1.4-9.
      10. رفع مستوى النظام أخذ بأكمله من الماء. الإفراج عن أنبوب أخذ العينات من قاطعة ووضع غطاء البلاستيكية في الجزء العلوي. ختم ذلك بشريط لاصق. تجنب تشكيل الفضاء الجوي.
    2. للموائل الساحلية والمسطحات المائية الضحلة
      1. اللباس في الخواض لأخذ العينات في مياه ضحلة جداً (< 0.6 م).
      2. استخدام الغطس أو الغوص، معدات أخذ العينات أعمق (تصل إلى 3 م).
      3. حدد نقطة أخذ العينات وفقا لأهداف التحقيق. يحيط علما بالموقف (مثلاً، إحداثيات GPS). يدوياً، إدراج أنبوب أخذ العينات (مثلاً، اﻷكريليك، ø 6.35 سم) في الرواسب.
      4. ضع سداده مطاطية في الجانب العلوي من أنبوب أخذ العينات للحصول على فراغ.
      5. إزالة الأساسية من الرواسب وسرعة إدخال آخر سداده المطاط في أسفل الأنبوبة.
        ملاحظة: من الضروري أن تعمل مع أنبوب تحت الماء في جميع الأوقات؛ وفي مواقع ضحلة جداً، نوصي بتقصير الأنبوب وصولاً إلى 20 سم. في بعض الأحيان الرواسب محتوى مياه العالية ويستنزف عندما تتم إزالة الأنبوب من السرير الرواسب. وفي هذه الحالة، من الضروري إدخال سداده السفلي دون أن النهضة الأساسية خارج الرواسب. للقيام بذلك، يدوياً تزج السدادة في الرواسب حول الأنبوب ووضعه بعناية لإغلاق الجزء السفلي من الأنبوب.
      6. الخروج من الماء، واستبدال سداده المطاط ظهر المركب مع غطاء البلاستيكية وختم التقاطع مع شريط لاصق.
  2. حماية الأساسية أثناء نقلها إلى المختبر بالتقليل إلى الحد الأدنى من التناوب وتهتز.

3-معايرة ميكروسينسورس أكسيد النيتروز (ن2س)

  1. استخدام الكمبيوتر (قطاع التخطيط، واستشعار البرمجيات)، تحقق من أن الإشارات أجهزة الاستشعار مستقرة ومنخفضة (< 20 mV).
  2. قم بإنشاء ملف جديد (مثلاً، مع التاريخ وموقع أخذ العينات (130903_Redon_Lake)) لتسجيل قيم المعايرة وأجهزة الاستشعار الإشارات.
    ملاحظة: أجهزة الاستشعار الإشارات حساسة لدرجة الحرارة (الشكل 4). استخدام نفس درجة الحرارة للقياسات ومعايرة أجهزة الاستشعار. ويستجيب جهاز استشعار خطيا بين 0%-2.5% N2س20. ولذلك، هو معايرة نقطتين كافية18.
  3. للمعايرة قراءة القيمة مع أكسيد النيتروز صفر، سوبميرسيد إشارة استشعار حفظ نصيحة أجهزة الاستشعار في ن2المياه خالية من س (منزوع).
  4. معايرة بالماء2س ن في التركيز المطلوب.
    ملاحظة: تعد المياه بتركيز2س ن معرفة، الذي سوف يتجاوز قليلاً التركيز الأقصى المتوقع أثناء الحضانة. نحن نستخدم ~ 25 ميكرومتر ن2س كقيمة المعايرة. كن على علم من لا يتجاوز تركيز نطاق استشعار الحد الأقصى من 500 ميكرون2س ن.
    1. الحصول على N2المياه المشبعة س الفقاعي ن2س في المياه لبضع دقائق.
      ملاحظة: قابلية الذوبان في الماء2س ن يعتمد على درجة الحرارة والملوحة21؛ انظر الجدول الوارد في التذييل ل استشعار اليدوي18.
    2. تمييع ن2س المشبعة الماء بإضافة كمية معينة من الماء2س ن مشبعة بكمية من المياه. على سبيل المثال، عند 20 درجة مئوية، أضف 0.3 مل ن مشبعة2س المياه التي لديها تركيز 28.7 مم ن2س، إلى ما مجموعة 375 مل من الماء للحصول على 22.9 مكم ن2س تركيز. ملاحظة أن 375 مل هو الحجم الكلي للدائرة المعايرة (الشكل 1ب).
    3. بعد خلط بلطف ن2س قراءة المياه المشبعة بالمياه في السفينة المعايرة تمييع للتركيز المطلوب، إشارة استشعار عندما يكون ثابت. هذه القراءة هي قيمة المعايرة مع الماء2س X µM ن. عند خلط الحل، كن حذراً لا توليد فقاعات، كما هذا سيقضي على ن2س من الحل المعايرة.
      ملاحظة: تكون على علم أن ن2س في الماء سوف الهروب ببطء في الهواء؛ هكذا، يمكن فقط استخدام الحل المعايرة معدّة لبضع دقائق.

4-إعداد وتثبيط الأسيتيلين الأساسية

  1. تغير الغطاء البلاستيك الموجود في الجزء العلوي من كل نواة الرواسب بغلاف آخر مع وجود ثقب في الوسط ومحرض مغنطيسية معلقة. إعادة ختم التقاطع مع شريط لاصق.
  2. الحد من طور الماء لكل عينة ارتفاع تقريبي من 12 سم (حجم ≈ 380 مل). لهذا، أولاً إدراج أنبوب سيليكون في الحفرة المركزية. ثم وضعت نواة الرواسب في اسطوانة ودفع سداده السفلي خلق ضغط. ترتفع بسداده وعينات الرواسب والمياه الزائدة يمر عبر الأنبوب. جمع المياه في سفينة المتلقية.
    ملاحظة: يمكن عينات مع الحبوبية الخشنة إشكالية أثناء هذه الخطوة. جزيئات الرسوبيات وضعت بين السدادة والانبوب يمكن أن تشوه السدادة وفتح فتحه من خلال الهواء الذي يمكن تمرير فقاعات وتخل العينة. لتجنب هذه المشكلة، وضعت الاسطوانة في وسط أسفل سداده، وفي محاولة لدفع بقوة ثابتة. المشترك بين أنبوب سيليكون المستخدمة لإجلاء المياه الزائدة وغلاف PVC يتكون من جزء صلب (مثلاً، تلميح ماصة 5 مل دون نهايته الأضيق) إدراجها في أنبوب سيليكون.
  3. تنفيذ تثبيط الأسيتيلين بواسطة محتدما مع غاز الأسيتيلين في مرحلة المياه الأساسية لحوالي 10 دقيقة. تجنب ريسوسبيندينج الرواسب.
    ملاحظة: كإمكانية إدخال تعديل الأسلوب، إضافة الركازة (نترات) من خلال وسيلة سائلة مركزة قبل محتدما الأسيتيلين لإمكانية إزالة النتروجينيات القياسات (مثلاً، كما في الشكل 3ب، ج).

5-إزالة النتروجينيات (قياس تراكم2س ن)

  1. ملء كل المساحة الجوية في العينة مع الماء بقايا السابقة. وضع أجهزة الاستشعار في صلب الرواسب من خلال الثقب في وسط الغطاء بوليفينيل الكلوريد ظهر المركب. يجب أن يكون موجوداً غيض من أجهزة الاستشعار في طور الماء أعلاه محرض (الشكل 1ج).
    ملاحظة: يجب أن تكون مختومة جميع مفاصل أنبوب أخذ العينات اﻷكريليك لتجنب تسرب الغاز والمياه أثناء أخذ القياس (الشكل 1أ، ج). في الجزء السفلي من الأنبوب، سداده المطاط غير كافية لذلك. ختم الجزء ظهر المركب أكثر صعوبة. يجب ضبطها الغطاء بولي كلوريد الفينيل. يجب أن تكون ساخنة مع شعلة؛ ثم، عندما المواد تصبح مرنة ولكن ليس هو المحروقة، الغطاء يوضع في الأنبوب حيث يمكن مصبوب شكله. بعد التبريد، يحتاج التغطية المزيد من التعديلات (باستثناء الغلاف المستخدمة في نقل هذه العينات إلى المختبر في خطوات 2.1.1.10 أو 2.1.2.6). يجب أن يكون حفر ثقب مركزي حيث يتم إدخال أجهزة الاستشعار. ويمكن عقد محرض مع خط صيد الأسماك، الذي بدوره هو التمسك بالغراء داخل الغلاف حتى أن محرض معلقة على خط الصيد في الماء (الشكل 1ج). أيضا، يتم إغلاق جميع المفاصل (غطاء أنبوب بولي كلوريد الفينيل واستشعار الغلاف PVC) مع شريط لاصق. وضع شريط لاصق مطاطا لضبط القطر من أجهزة الاستشعار لختم سطح الاتصال بين حفرة وسط غطاء البلاستيكية، وأجهزة الاستشعار (الشكل 1ج).
  2. التبديل على حلبة النبض الكهرومغناطيسي الذي جزء من نظام التحريك.
    ملاحظة: يمنع النظام إثارة التقسيم الطبقي للمرحلة المائية دون القلق (ريسوسبيندينج) الرواسب. يتكون نظام التحريك من دارة بتبديل تشغيل/إيقاف تشغيل مغناطيس يجذب/النشرات محرض المغناطيسية التي (انظر الجدول للمواد للحصول على وصف مفصل).
  3. تحريك مغناطيس حول الجزء الخارجي من الأنبوبة اﻷكريليك حتى محرض يتحرك باستمرار، ومن ثم إصلاحها في مكانها باستخدام شريط لاصق (الشكل 1ج).
  4. إغلاق غرفة الحضانة لضمان درجة حرارة ثابتة (مثلاً، الاختلاف من ±0.3 درجة مئوية).
  5. اضغط على زر سجل (استشعار البرمجيات) بدء تسجيل إشارة استشعار. وتسجل القراءات عادة كل 5 دقائق.
  6. اضغط على الزر stop في نهاية فترة القياس.

6. خطوات القياس النهائي

  1. الانتظار على الأقل ~ 10 دقيقة مع الحافة أجهزة الاستشعار المغمورة في المياه مجاناً، ن2س (منزوع) قبل قراءة إشارة صفر ن2س المعايرة التدبير.
  2. القيام معايرة جهاز استشعار النهائية. لهذا، كرر معايرة أجهزة الاستشعار، عقب الباب 3 ولكن بدءاً من الخطوة 3، 3.
  3. احفظ الملف (استشعار البرمجيات).

7-إزالة النتروجينيات معدل العمليات الحسابية

  1. بدء تشغيل مع ملف الإخراج جداول إنشاؤها بواسطة برامج الاستشعار يحتوي على السجل للإشارات أجهزة الاستشعار في المتوسط ومكم ن2س، ومعايرة البيانات.
  2. ارسم إشارة استشعار ضد الوقت لتصور الاتجاه تراكم2س ن (مثلاً، الشكل 2).
  3. استخدام نطاق الوقت فقط مع تراكم خطي، باستثناء فترة التأقلم الأولية للعينة وإشباع نهائي ممكن بسبب التقادم الركازة (مثلاً، الشكل 2ب). إنشاء نموذج خطي لإشارة استشعار (ميكرومتر) على مر الزمن (ح).
    ملاحظة: المنحدر هو معدل إزالة النتروجينيات (كور مكم ن2س-1 ح-1)، الذي إذا مقسوماً على منطقة الأساسية (πr2)، يتحول معدل مكم ن2س م-2 ح-1، وعند ضربها المياه وحدة التخزين (ح2πr، حيث h هو ارتفاع المرحلة المائية و r هو نصف القطر الداخلي من الأنبوب اﻷكريليك، في هذه الحالة 0.12 و 0.03175 متر مربع، على التوالي) يتحول معدل µmol ن2س م-2 ح-1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وقدرت إجمالي معدلات إزالة النتروجينيات 468 استخدام البروتوكول أعلاه في رسوبيات من بحيرات جبال البرانس على مدى فترة عام 2013-2014. نعرض بعض هذه النتائج لتوضيح الإجراء (الشكل 2 و الشكل 3). وبصفة عامة، النموذج الخطي بين تركيز2س ن والوقت له علاقة جيدة (ص2 ≥ 0.9). منحدر العلاقة يقدم تقديراً لمعدل إزالة النتروجينيات (الخطوة 7، 3؛ مثلاً، الشكل 2د). إذا كان النشاط إزالة النتروجينيات منخفضة جداً، الإلكترونية الضجيج أجهزة الاستشعار يصبح أكثر أهمية والخير احتواء الانخفاض (مثلاً، أجهزة الاستشعار 4 و 5 في الشكل 2b و الشكل 3a). على الرغم من أن حد الكشف عن الأساس س ن2ميكرومتر ~0.1 في الماء22، ووسيط القيمة فيما يتعلق بأساليب بديلة23، إمكانية تراكم الآلاف من القياسات المستمرة لتصفية الضوضاء تصاريح تقديرات معدلات إزالة النتروجينيات منخفضة نسبيا، ما يصل إلى ~ 1 µmol ن2س م-2 ح-1 (الشكل 2 و الشكل 3). معدلات أقل (أي، ~0.4 µmol ن2س م-2 ح-1) يمكن أن تقدر بتضييق طور الماء من العينة الأساسية إلى ارتفاع 8 سم (انظر البروتوكول خطوة 4.2).

Figure 2
الشكل 2 : حسابات معدل إزالة النتروجينيات في تجربة الاعتماد على درجة حرارة- يتم إظهار الفعلي ( و ب) وإمكانية إزالة النتروجينيات القياسات (ومنج–). عندما تكون درجة الحرارة للقياس انخفاض (ج)، في أول يبرد العينة وإشارة جهاز استشعار، وهي تعتمد درجة الحرارة، وينخفض. () A حدث مماثل في بداية الحضانة في قياس إزالة النتروجينيات الفعلية؛ وتنتج أكثر دفئا مختبر البيئة فيما يتعلق بشروط الحضانة برود العينة، مرة أخرى مصحوبا بانخفاض في إشارة استشعار. (ه) عندما يتم زيادة درجة الحرارة والدافئة في البداية العينات وإشارة استشعار يزيد أضعافاً مضاعفة بدلاً من خطيا. عندما تصل العينات إلى درجة حرارة ثابتة، إشارة استشعار الزيادات خطيا كالمعتاد. وفي جميع الحالات، من الممكن لحساب معدلات إزالة النتروجينيات فقط باستخدام فترة الخطي تراكم2س ن (ب ود، وواو). لا يتم عرض نموذج (ب) الخاملة 3. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : أمثلة لإزالة النتروجينيات قي الحسابات. وقدرت الفعلي () ومعدلات إزالة النتروجينيات (ب وج) المحتملة. نحن فقط استخدام النطاق الزمني مع إلى تراكم2س ن خطي لحساب معدل إزالة النتروجينيات (منحدر النموذج الخطي). ومع ذلك، في ()، لأغراض تعليمية، نعرض جميع القياسات (نماذج) مع نجاح أكثر وأقل؛ ونحن سوف تجاهل عينة 3 بسبب عدم استقرار عالية لأجهزة الاستشعار وعينه 2 بسبب التشبع في تراكم2س ن. () عينات 4 و 5 مع معدلات من 0.5 و 0.7 µmol ن2س م-2 ح-1، على التوالي، حالات القياسات قرب حدود الكشف عن الأسلوب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

المزايا الرئيسية لوصف الطريقة التي يتم استخدام عينات الرواسب الانزعاج الحد الأدنى الأساسية والتسجيل المستمر لتراكم2س ن. هذه تسمح لتقدير معدلات إزالة النتروجينيات المنخفضة نسبيا التي من المحتمل مماثلة لتلك التي تحدث في الموقع. على الرغم من ذلك، يتم مناقشة بعض الجوانب المتعلقة بالحفر، وأداء أجهزة الاستشعار، والتحسينات المحتملة.

هو خطوة بسيطة لكنها حاسمة على ما يبدو أسلوب الاسترداد الأساسية الجيدة. واجهة الرواسب والمياه يجب أن تفي بمعايير ثلاثة: (ط) أي تعديل في تركيبته الكيميائية أو التأسيسية، (ثانيا) أي تغيير في محتوى الماء أو نسبة باطلة، و (ثالثا) أي هيكل بيرتوبيشن24. اضطرابات أقل لحقت بالعينة خلال البروتوكول بأكملها أكثر واقعية وأقرب إلى في الموقع شروط الإرادة يكون معدل إزالة النتروجينيات المقاسة. وهناك عدة أجهزة/تقنيات ل جمع الرواسب الأساسية25، واختيارها يعتمد على عمق المياه. نستخدم قاطعة خطورة تكييف رسول19 لعينات عميقة (الشكل 1ﻫ) لأنه هو جهاز معقول خفيفة الوزن وسرعة استرداد النوى قصيرة25 (الرسوبيات أساسية طول سم إيه وان زيرو أكثر من كاف لكي يشمل أوضاع مؤكسدة ودينيتريفيينج الطبقات في الترسبات26،،من2728). في الحفر المصطلحات، "يشعر" غالباً ما يشار إلى القدرة على معرفة موقع قاطعة (سواء كان لا يزال في عمود الماء أو الفعل في الرواسب) وما إذا كان من فتح أو إغلاق25. أعماق المياه المتوسطة (5-50 متر)، عادة ما تكون هناك أي صعوبات مع الشعور. يحدث فقدان الشعور في المياه العميقة (> 50 مترا) لأن تحركات لعمود المياه قد تحجب موقع قاطعة25. كما قد يتم فقدان الشعور في المياه الضحلة (< م 3) بسبب الانحراف الأفقي وموجه عمل25؛ هذا السبب في أننا استخدام أسلوباً مختلفاً في المياه الضحلة، أما دليل مباشر الحفر قبل الغوص أو خلع الملابس في الخواض. مع هذا النظام، يمكن رؤية الرواسب الشخص الذي يقوم بأخذ العينات واختيار المكان الدقيق قبل الحفر؛ وهذا يسمح، مثلاً، أخذ عينات الرواسب لب يحتوي ماكروفيتي. بعد أخذ العينات، الباحث يجب مواصلة العمل بعناية للحد الأدنى تخل العينة الأساسية الرواسب خلال الفترة المتبقية البروتوكول، لا سيما عند أداء تثبيط الأسيتيلين بالسطح.

يجب النظر في بعض التفاصيل عند استخدام ميكروسينسورس2س ن. يوفر البرنامج استشعار مرئيات مستمر (قطاع التخطيط) استشعار الإشارات (خلفية تردد 1000 هرتز)29. يمكن حفظ هذه البيانات الخام وقطاع التخطيط (مثلاً، الشكل 2). من الضروري أن تحقق السلوك الصحيح من أجهزة الاستشعار بعد في الاستقطاب (مثلاً، عند عودته من الجمع الميداني قبل الخطوة 4). وبخاصة، منخفض (< 20 mV) وينتظر إشارة قاعدة ثابتة عند هي غارقة في المياه2خالية من س ن. تعديل أجهزة الاستشعار قريبا (~ 2 ح) بعد بدء استخدامه؛ إذا كانت قد استخدمت فعلا لبعض الأيام، يمكن توسيع الفاصل الزمني (~ 24 ح)18. للتقليل من استخلص، تبقى أجهزة الاستشعار الاستقطاب إلا إذا لم يتم استخدامه لعدة أيام18. مع مرور الوقت، في إشارة استشعار قد يحدث تغيير، تصل إلى 50 في المائة في الأشهر، الذي يرجع نفاذية مختلفة لها غشاء18. انخفاض تدخل الإلكترونية في المختبر، ثابت أكثر ومستقرة ستكون إشارة استشعار. وبهذا المعني، استخدام UPS يحسن نوعية الطاقة الكهربائية التي تصل إلى جهاز القياس عن طريق تصفية تقلبات الجهد. الفاصل الزمني أخذ العينات، المحدد في علامة التبويب المسجل، يختلف عن تكرار الخلفية. يتم إنشاء كل نقطة مسجلاً من متوسط قياسات عديدة. الفاصل الزمني أخذ العينات (يصل إلى 10 s) يشير إلى التردد الذي يتم تسجيل نقطة بيانات. ويعرف التردد الخلفية29عدد قياسات كل وحدة من الوقت المستخدم في المتوسط. على سبيل المثال، إذا وضعنا تردد أخذ عينات من 5 s وتردد خلفية للقياسات 500 في الثانية، ثم البيانات النقاط المسجلة كل 5 s ومتوسط 500 عينات في الثانية الواحدة ويقاس خلال 5 السابقة s. ونحن تسجيل إشارة استشعار كل 5 دقائق (الفاصل الزمني أخذ العينات) وتعيين تكرار الخلفية إلى قياسات 1000 في الثانية الواحدة. يجب أن تعرف نظام الدراسة لتحديد الفاصل الزمني العينة الصحيحة دون "متوسط" التقلبات المتوقعة. في نظم نشطة للغاية، ينصح فترات أخذ العينات قصيرة، بينما تسمح فترات أطول أمثلية الذاكرة للكمبيوتر29. يمكن أن يؤثر على بعض المواد التدخل الممكنة (H2S، لا، وأول أكسيد الكربون2) إشارة لأجهزة الاستشعار2س ن22. معايرة أجهزة الاستشعار مع المياه، ولكن العينات التي يمكن أن تحتوي على مواد التدخل وتعديل الإشارات أجهزة الاستشعار المرجعية. وهذه الحالة يمكن أن يفسر لماذا تظهر القيم السلبية في عينات 2 و 5 في الشكل 2b و الشكل 3 ألف، على التوالي. ومع ذلك، عندما يهدف إلى تقدير معدل إزالة النتروجينيات، المستوى الدقيق من ن2س ليست معلمة المفتاح. ما هو مفتاح هو منحدر النموذج الخطي (التي تثبت تراكم خطي ن2س). وأخيراً، من الضروري العمل مع درجة حرارة ثابتة لأن الاستجابة من أجهزة الاستشعار2س ن يتغير مع درجة الحرارة (الشكل 4).

تعديلات بسيطة أو إضافات إلى البروتوكول أيضا تمكين (ط) وصف للظروف البيئية التحكم في معدلات إزالة النتروجينيات المقاسة، (ثانيا) تقدير معدلات إزالة النتروجينيات المحتملة بمحاكاة الاستجابة للقيادة التدرج (مثلاً، نترات)، وتقدير (ثالثا) معدلات الانبعاثات الرواسب ن2س بتخطي تثبيط2 2ح ج تبعاً لأهداف الدراسة، يمكن إجراء عدة قياسات التكميلية: (ط) فقط بعد تعافيه الأساسية، في عين المكان والظروف، مثلاً، درجة الحرارة؛ (ثانيا) قبل القياس، عينات المرحلة المائية، مثلاً، [لا3–]؛ (ثالثا) وبعد القياس، شرح الألمنيوم والشرائح الأساسية في قرارات مختلفة (مم-سم)25،30، الإجراءات التالية قبل P. T. شونج et al. 30.

لقياس معدلات إزالة النتروجينيات المحتملة، إضافة نترات للمياه-المرحلة الأساسية (مثلاً، الشكل 2 و الشكل 3) كما هو موضح في جيم بالاسين-ليزاربي، كاماريرو L. والكاتالونية ج.17. في حالة القيام بذلك، إضافة النترات قبل تثبيط2 2ح ج (الخطوة 4، 3). أيضا، إذا تم إضافة النترات، من المستصوب أيضا إضافة الكربون (C؛ سبيل المثال، اسيتات) والفوسفور (P) للحفاظ على في الموقع المقايسة نسب ج ون ف (مثلاً، في الرواسب السطحية). هذا سوف منع الحد من إزالة النتروجينيات بهذه العناصر31،32، وسوف تبقى أيضا نسبة c/N التي يمكن أن تؤثر على هيمنة عملية استهلاك النترات (أي إزالة النتروجينيات مقابل الحد ديسيميلاتوري نترات الأمونيوم (دنرا))4. يمكن أن تكون ثابتة أكسجين بالسطح خليط2 -CO2ن لبضع دقائق بعد إضافة نترات، للحيلولة دون تدخل الأوكسجين مع إزالة النتروجينيات؛ ومع ذلك، لاحظ أن هذا يؤدي إلى انسداد النيترات. لحساب معدلات الانبعاثات س2الرواسب N، احذف تثبيط2 ح2ج (الخطوة 4، 3). ومع ذلك، نضع في اعتبارنا أن، كما هو معروف حاليا في النظم الإيكولوجية المائية، ن2س انبعاثات منخفضة نسبيا مقارنة ن2 الانبعاثات (0%-4.3 في المائة)33، ولذلك فمن المحتمل أن تكون متراكمة ن2س أدناه حد الكشف. إذا كان هذا هو الحال، خيار لإضافة نترات زيادة المنبعثة ن2س، حساب الانبعاثات المحتملة من2س ن.

نقطة الضعف الرئيسية للأسلوب هو تثبيط بالأزوت ج2ح210،34. أثناء الحضانة، هذا تثبيط النيترات والتثبيط غير مكتملة لتخفيض2س ن قد تصبح واضحة، كما وكلاهما يعتمد وقت. على سبيل المثال، معدل التراكم2س ن البداية يجب أن تكشف عن أن معدل إزالة النتروجينيات الحقيقية والاضمحلال تدريجيا كما يسقط توافر نترات وينشر ن2س في المنطقة الحرة نترات، أين هو تخفيض35. ولذلك، يمكن اعتبار معدل إزالة النتروجينيات المقدرة صالحة فقط إذا كان إظهار القراءات إلى تراكم خطي ن2س10.

وتقدر الطريقة الموضحة بمعدل إزالة النتروجينيات كل منطقة أن يدمج بنشاط كامل الرواسب. وفي هذا الصدد، هناك بعض الشكوك حول دائرة نصف قطرها العمل لتثبيط الأسيتيلين عند فقاعات الغاز في المرحلة مائي للعينة. ويفترض، على الأقل، تثبيط الطبقة السطحية من الرواسب يحدث، الذي هو واحد مع معدلات إزالة النتروجينيات أعلى26،27.

إمكانية إدخال تحسينات على هذا الأسلوب يتم استخدامها مجتمعة مع تتبع 15ن والتعديلات التي يمكن أن تسمح بقياس إزالة النتروجينيات في الموقع. 15 يمكن استخدام أساليب التتبع N لتحديد نسبة النيترات-إزالة النتروجينيات اقتران التي تحدث في عينات36، وأنه يمكن أيضا حساب عمليات التمويه الأخرى ن إلى جانب إزالة النتروجينيات (مثلاً، أنامموكس وديسيميلاتوري 13،الحد من نترات الأمونيوم (دنرا))37. ومع ذلك، هذه الأساليب والعيب من تغيير تركيز الركازة10. بهرند ألف ودال دي بير ستيف P. 26 استخدم أسلوب الجمع بين ميكروسينسورس2س ن، ج2ح2 تثبيط وتتبع 15N لتحليل توزيع النشاط العمودي للحد من نترات ديسيميلاتوري العمليات (إزالة النتروجينيات ودنرا) في الرواسب. جعلوا رأسية في الرواسب باختراق الرواسب مع أجهزة الاستشعار. الصعوبة الرئيسية في قياس إزالة النتروجينيات في الموقع هو القدرة على التعامل مع بيئة درجة حرارة نونكونستانت. من الضروري أن تسجل تراكم2س ن ودرجة الحرارة في نفس الوقت وثم تصحيح الإشارات أجهزة الاستشعار2س ن بالاعتماد على درجة الحرارة أثناء حسابات معدل إزالة النتروجينيات. يتطلب تصحيح هذا تحليل سابق من الاعتماد على درجة الحرارة من إشارة2س ن لكل جهاز استشعار. أجهزة الاستشعار اليدوية، وكل واحد يستجيب بشكل مختلف لدرجة الحرارة (مثلاً، أجهزة الاستشعار 1 يبين الاعتماد على درجة حرارة أعلى من غيرها في الشكل 2ج، هاء).

Figure 4
الشكل 4 : الاعتماد على درجة الحرارة من الاستجابة ميكروسينسور2س ن. منحدرات مختلفة للنموذج الخطي لأجهزة الاستشعار الإشارات مقابل درجة حرارة كل تركيز O2ن يبين تأثير درجة الحرارة على إشارة لأجهزة الاستشعار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

وقدمت "الحكومة الإسبانية" الأموال من خلال وزارة للتعليم زمالة بريدوكتورال رساام-لام (FPU12-00644) والمنح البحثية من وزارة دي ايكونوميا y كومبيتيتيفيداد: نيتروبير (CGL2010-19737)، كلمن (CGL2013-45348-ف)، نقل ( CGL2016-80124-C2-1-P). مشروع ريبليم (إينري-"البرنامج الأقاليمي". يوان-الاتحاد الأوروبي. EFA056/15) يدعم الكتابة النهائية للبروتوكول.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Messenger-adapted gravity corer - - Reference in the manuscript. Made by Glew, J.
Sampling tube - - Acrylic. Dimensions: 100 cm (h) × 6.35 cm (d) × 6.50 cm (D). Sharpen the edge of the sampling tube that penetrates into the sediment to minimize the disturbance in the recovered sediment core sample.
Handheld sounder Plastimo 38074 Echotest II Depth Sounder.
Rubber stopper VWR DENE1012114 With two holes, used to mix the N2O-water in the calibration chamber. Dimensions: 20 mm (h) × 14 mm (d) × 18 mm (D) (3 mm hole (D)).
Rubber stopper VWR 217-0125 To seal the bottom part of the methacrylate tube and to sample in shallow water bodies. Dimensions: 45 mm (h) × 56 mm (d) × 65 mm (D).
Rubber stopper VWR 217-0126 Place the rubber stopper in the top side of the sampling tube to obtain a vacuum for sampling in littoral zones and shallow water bodies. Dimensions: 50 mm (h) x 60 mm (d) x 70 mm (D).
PVC cover - - To seal the top side part of the acrylic tube. Dimensions: 45 mm (h) × 56 mm (d) × 65 mm (D). Dimensions: 65 mm (D).
Adhesive tape - - Waterproof. To ensure all joints (PVC cover sampling tube and PVC cover sensor) and to avoid water leaks.
Thermometer - - Portable and waterproof, to measure the temperature in the water overlying the sediment just after sampling the cores.
GPS - - To save the location of a new sampling site or to arrive at a previous site.
Wader - - For littoral or shallow site samplings.
Boat - - An inflatable boat is the best option for its lightness if the sampling site is not accessible by car.
Rope - - Rope with marks showing its length (e.g., marked with a color code to distinguish each meter).
N2O gas bottle and pressure reducer Abelló Linde 32768-100 Gas bottle reference.
C2H2 gas bottle and pressure reducer Abelló Linde 32468-100 Gas bottle reference.
Tube used to evacuate the excess of water - - Consists of a solid part (e.g., a 5 ml pipette tip without its narrowest end) inserted in a silicone tube.
Nitrous Oxide Minisensor w/ Cap Unisense N2O-R We use 4 sensors at a time.
Microsensor multimeter 4 Ch. 4 pA channels Unisense Multimeter Picoammeter logged to a laptop. The standard device allows for 2 sensor picoammeter connections (e.g., N2O sensor), one pH/mV and a thermometer. We ordered a device with four picoammeter connections, allowing the use of 4 N2O sensors simultaneously.
SensorTrace Basic 3.0 Windows software Unisense Sensor data acquisition software.
Calibration Chamber incl. pump Unisense CAL300 Calibration chamber. We tuned it with rubber stoppers and syringes to mix the N2O-water without making bubbles.
Incubation chamber Ibercex E-600-BV Indispensable equipment for working at a constant temperature (±0.3 °C). It also allows control of the photoperiod.
Electric stirrer - - Part of the stirring system. It hangs in the water, overlying the sediment subject, by a fishing line that is hooked to the PVC cover.
Electromagnet - - Part of the stirring system. It is fixed to the outside of the acrylic tube, approximately at the same level as the stirrer. It is activated episodically (ca. 1 on-off per s) by a circuit, attracting the stirrer when it is on and releasing it when it is off, thereby generating the movement that agitates the water.
Electromagnetic pulse circuit - - Part of the stirring system. It is connected by wires to the electromagnet and sends pulses of current that turn the electromagnet on and off.
Uninterruptible power supply (UPS) - - It improves the quality of the electrical energy that reaches the measurement device, filtering the highs and low of the voltage, thereby ensuring a more constant and stable N2O sensor signal.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rockstrom, J., et al. A safe operating space for humanity. Nature. 461 (7263), 472-475 (2009).
  2. Erisman, J. W., Galloway, J., Seitzinger, S., Bleeker, A., Butterbach-Bahl, K. Reactive nitrogen in the environment and its effect on climate change. Current Opinion in Environmental Sustainability. 3 (5), 281-290 (2011).
  3. Gruber, N., Galloway, J. N. An Earth-system perspective of the global nitrogen cycle. Nature. 451 (7176), 293-296 (2008).
  4. Tiedje, J. M. Ch. 4. Ecology of denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium. Environmental Microbiology of Anaerobes. Vol. 717. Zehnder, A. J. B. , John Wiley and Sons. 179-244 (1988).
  5. Seitzinger, S., et al. Denitrification across landscapes and waterscapes: A synthesis. Ecological Applications. 16 (6), 2064-2090 (2006).
  6. Contribution of Working Group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. IPCC. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. , Cambridge University Press. (2013).
  7. Ravishankara, A. R., Daniel, J. S., Portmann, R. W. Nitrous Oxide (N2O): The Dominant Ozone-Depleting Substance Emitted in the 21st Century. Science. 326 (5949), 123-125 (2009).
  8. Balderston, W. L., Sherr, B., Payne, W. Blockage by acetylene of nitrous oxide reduction in Pseudomonas perfectomarinus. Applied and Environmental Microbiology. 31 (4), 504-508 (1976).
  9. Yoshinari, T., Knowles, R. Acetylene inhibition of nitrous-oxide reduction by denitrifying bacteria. Biochemical and Biophysical Research Communications. 69 (3), 705-710 (1976).
  10. Groffman, P. M., et al. Methods for measuring denitrification: Diverse approaches to a difficult problem. Ecological Applications. 16 (6), 2091-2122 (2006).
  11. Sorensen, J. Denitrification rates in a marine sediment as measured by the acetylene inhibition technique. Applied and Environmental Microbiology. 36 (1), 139-143 (1978).
  12. Revsbech, N. P., Nielsen, L. P., Christensen, P. B., Sorensen, J. Combined oxygen and nitrous-oxide microsensor for denitrification studies. Applied and Environmental Microbiology. 54 (9), 2245-2249 (1988).
  13. Jorgensen, K. S. Annual pattern of denitrification and nitrate ammonification in estuarine sediment. Applied and Environmental Microbiology. 55 (7), 1841-1847 (1989).
  14. Laverman, A. M., Van Cappellen, P., van Rotterdam-Los, D., Pallud, C., Abell, J. Potential rates and pathways of microbial nitrate reduction in coastal sediments. FEMS Microbiology Ecology. 58 (2), 179-192 (2006).
  15. Ambus, P. Control of denitrification enzyme-activity in a streamside soil. FEMS Microbiology Ecology. 102 (3-4), 225-234 (1993).
  16. Christensen, P. B., Rysgaard, S., Sloth, N. P., Dalsgaard, T., Schwærter, S. Sediment mineralization, nutrient fluxes, denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium in an estuarine fjord with sea cage trout farms. Aquatic Microbial Ecology. 21 (1), 73-84 (2000).
  17. Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L., Catalan, J. Denitrification Temperature Dependence in Remote, Cold, and N-Poor Lake Sediments. Water Resources Research. 54 (2), 1161-1173 (2018).
  18. Nitrous Oxide sensor user manual. , UNISENSE A/S. (2011).
  19. Glew, J. Miniature gravity corer for recovering short sediment cores. Journal of Paleolimnology. 5 (3), 285-287 (1991).
  20. Andersen, K., Kjaer, T., Revsbech, N. P. An oxygen insensitive microsensor for nitrous oxide. Sensors and Actuators B-Chemical. 81 (1), 42-48 (2001).
  21. Weiss, R. F., Price, B. A. Nitrous oxide solubility in water and seawater. Marine Chemistry. 8 (4), 347-359 (1980).
  22. Nitrous Oxide Microsensors Specifications. , UNISENSE A/S. (2018).
  23. Koike, I. Ch. 18. Measurement of sediment denitrification using 15-N tracer method. Denitrification in Soil and Sediment 10.1007/978-1-4757-9969-9 F.E.M.S. Symposium Series. Revsbech, N. P., Sørensen, J. , Springer US. 291-300 (1990).
  24. Hvorslev, M. J. Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes. , American Society of Civil Engineers, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, U.S. Army. 521 (1949).
  25. Glew, J. R., Smol, J. P., Last, W. M. Ch. 5. Sediment Core Collection and Extrusion. Tracking Environmental Change Using Lake Sediments: Basin Analysis, Coring, and Chronological Techniques. Last, W. M., Smol, J. P. 1, Springer. Netherlands. 73-105 (2001).
  26. Behrendt, A., de Beer, D., Stief, P. Vertical activity distribution of dissimilatory nitrate reduction in coastal marine sediments. Biogeosciences. 10 (11), 7509-7523 (2013).
  27. Laverman, A. M., Meile, C., Van Cappellen, P., Wieringa, E. B. A. Vertical distribution of denitrification in an estuarine sediment: Integrating sediment flowthrough reactor experiments and microprofiling via reactive transport modeling. Applied and Environmental Microbiology. 73 (1), 40-47 (2007).
  28. Melton, E. D., Stief, P., Behrens, S., Kappler, A., Schmidt, C. High spatial resolution of distribution and interconnections between Fe- and N-redox processes in profundal lake sediments. Environmental Microbiology. 16 (10), 3287-3303 (2014).
  29. SensorTrace BASIC 3.0 user manual. , UNISENSE A/S. (2010).
  30. Schwing, P. T., et al. Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod. Journal of visualized experiments. (114), 54363 (2016).
  31. Bernhardt, E. S. Ecology. Cleaner lakes are dirtier lakes. Science. 342 (6155), 205-206 (2013).
  32. Finlay, J. C., Small, G. E., Sterner, R. W. Human influences on nitrogen removal in lakes. Science. 342 (6155), 247-250 (2013).
  33. Seitzinger, S. P. Denitrification in fresh-water and coastal marine ecosystems- ecological and geochemical significance. Limnology and Oceanography. 33 (4), 702-724 (1988).
  34. Seitzinger, S. P., Nielsen, L. P., Caffrey, J., Christensen, P. B. Denitrification measurements in aquatic sediments - a comparison of 3 methods. Biogeochemistry. 23 (3), 147-167 (1993).
  35. Christensen, P. B., Nielsen, L. P., Revsbech, N. P., Sorensen, J. Microzonation of denitrification activity in stream sediments as studied with a combined oxygen and nitrous-oxide microsensor. Applied and Environmental Microbiology. 55 (5), 1234-1241 (1989).
  36. Peter, N. L. Denitrification in sediment determined from nitrogen isotope pairing. FEMS Microbiology Ecology. 9 (4), 357-361 (1992).
  37. Risgaard-Petersen, N., Nielsen, L. P., Rysgaard, S., Dalsgaard, T., Meyer, R. L. Application of the isotope pairing technique in sediments where anammox and denitrification coexist. Limnology and Oceanography-Methods. 1, 63-73 (2003).

Tags

العلوم البيئية، 142 قضية، بيوجيوتشيميستري، العذبة، الكيمياء البحرية، وكيمياء المياه، النيتروجين، أكسيد النيتروز، فولتاميتري، وتثبيط الأسيتيلين، ودرجة الحرارة
تقدير معدلات إزالة النتروجينيات الرواسب باستخدام النوى ون<sub>2</sub>س ميكروسينسورس
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L.,… More

Palacin-Lizarbe, C., Camarero, L., Catalan, J. Estimating Sediment Denitrification Rates Using Cores and N2O Microsensors. J. Vis. Exp. (142), e58553, doi:10.3791/58553 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter